Muuntopiirin komponentit

20 kV avojohto tai kaapeli päättyy tavallisesti jakelumuuntajalle, josta alkaa pienjännite-verkko. Muuntopiiriin kuuluu jakelumuuntaja sekä pienjänniteverkon avojohdot ja kaa-pelit. Lisäksi verkossa voi olla muita ohjaus- ja suojalaitteita.

Jakelumuuntajat

Pienjännitemuuntopiiri alkaa jakelumuuntajalta. Jakelumuuntaja muuntaa 20 kV jännit-teen esimerkiksi pienjänniteverkoissa tyypilliseksi 400 V jännitteeksi. Jakelumuuntaja voi olla asennettu joko pylvääseen, maan päälle koppiin tai jonkin rakennuksen sisälle. Niin sanotut puistomuuntajat ovat erityisesti tiheiden asutusalueiden maakaapeliverkoissa suosittuja. Pylväsmuuntamo on selkeästi edullisin muuntamorakenne ja kiinteistömuun-tamo kallein.

Muuntajat voivat olla öljyeristettyjä tai valuhartsieristeisiä. Valuhartsieristyksellä sääste-tään huomattavasti tilaa eikä ole vaaraa öljyn valumisesta ympäristöön. Tosin valuhartsin käytölläkin aiheutuu päästöjä esimerkiksi valmistuksen aikana. Öljyeristeinen muuntaja voi olla joko paisuntasäiliöllä varustettu tai ilman paisuntasäiliötä, jolloin muuntajan run-ko joustaa hieman lämpötilavaihteluiden myötä. (Setälä 2005)

Jakelumuuntamoiden pitoajat ovat tavallisesti 30 - 45 vuotta (EMV 2007). Niiden hinta riippuu muuntajan näennäistehosta sekä eristyksestä. 16 - 1600 kVA jakelumuuntajien yksikköhinnat vaihtelevat 2 900 € ja 22 940 € välillä. (EMV 2009)

Pienjänniteverkon riippujohtorakenne (AMKA)

AMKA on pienjänniteverkossa paljon käytetty ilmassa kulkeva kolmijohtiminen riippu-kierrejohto, jonka nimellisjännite on U0/U = 0,6/1,0 kV. Siinä kolme vaihejohdinta on kierretty paljaan kannatinköyden ympärille. Vaihejohdin on valmistettu alumiinista ja se on eristetty mustalla PE-muovilla. Kannatinköysi on tiivistettyä alumiiniseosta. (Vatanen 1998) AMKA:n pitoaika riippuu paikasta, johon se rakennetaan ja pitoajat vaihtelevat

tavallisesti 25 ja 40 vuoden välillä (EMV 2007). AMKA:n hinta riippuu merkittävästi johtimen poikkipinta-alasta ja esimerkiksi AMKA 70 maksaa 17 510 €/km. (EMV 2009)

Pienjänniteverkon maakaapelirakenteet

Pienjänniteverkossa käytetään nykyään hyvin paljon maakaapelia. Kaapeli kulkee usein vain lyhyen matkan jakelumuuntajalta sähkönkuluttajalle ja johto voidaan usein aurata maahan. Lisäksi vältytään avojohtojen aiheuttamalta maisemahaitalta ja tilantarpeelta.

AXMK on maakaapeli, joka koostuu neljästä alumiinijohtimesta. Sitä käytetään pienjake-luverkoissa ja sen nimellisjännite on U0/U = 0,6/1,0 kV. Eristys AXMK:ssa on toteutettu PEX-muovilla ja vaippa koostuu mustasta PVC-muovista. (Vatanen 1998) Esimerkiksi AXMK-70 kaapeli ja sen asentaminen maksaa 12 630 €/km ja kaapeliojan kaivu taajama-alueella 21 700 €/km (EMV 2009). Kaapelin auraus maksaa noin 18 550 €/km.(Energiateol. 2006) Pitoaika vaihtelee välillä 30 - 45 vuotta. (EMV 2007) 3.2 Yleisimmät komponenttien valmistuksessa käytetyt raaka-aineet

Komponenteissa eniten käytetyt materiaalit ovat alumiini, kupari, teräs sekä erilaiset muovit. Tarkastellaan seuraavaksi tarkemmin kyseisiä materiaaleja.

Alumiini

Alumiini on kevyttä ja hyvin korroosiota kestävää. Se on maankuoren kolmanneksi eni-ten esiintyvä alkuaine, yleisin metalli ja sillä on hyvät lämmön- ja sähkönjohtokyvyt.

Alumiinia voidaan valmistaa joko louhitusta bauksiitista tai hyödyntämällä uudelleen käy-töstä poistettuja alumiinituotteita ja alumiiniromua. Bauksiittia esiintyy eniten päivän-tasaajan läheisyydessä, josta sitä tuodaan jatkojalostusta varten esimerkiksi Eurooppaan.

4 - 5 tonnista bauksiittia saadaan keskimäärin kaksi tonnia alumiinia, mutta Euroopassa käytetään yleisesti korkealaatuisempaa alumiinia, jota saadaan yksi tonni 3,7 bauksiitti-tonnista. Valmistusprosessissa bauksiitista erotetaan ensin puhdas alumiinioksidi käyttä-mällä Bayerin kemiallista prosessia, jonka jälkeen alumiinia voidaan valmistaa elektrolyy-sin avulla. Alumiinin uusiokäyttö säästää energiaa sekä materiaalia ja siitä aiheutuu vain noin sadasosa CO2-päästöjä verrattuna siihen, että valmistetaan alumiinia bauksiitista.

Energiaa vastaavasti säästyy noin 95 %. Kierrätetty alumiini sopii samaan tai vähemmän vaativaan käyttötarkoitukseen, jossa sitä on aiemmin käytetty. (Vatanen 1998) Alumiinin

tuottamiseen bauksiitista tarvitaan paljon sähköenergiaa noin 13 000 kWh/t. (Nykänen 2005)

Kupari

Kupari on jalometalli, jota löytyy luonnosta metallisessa muodossa, mutta taloudellisesti käyttökelpoisissa kupariesiintymissä kupari on usein sitoutuneena joko rikkiin tai hap-peen. Kaapeleiden valmistuksessa kuparin oleellisin ominaisuus on sen konduktiivisuus, jonka vuoksi johtimissa käytettävän kuparin on oltava elektrolyyttisesti puhdistettua.

Kuparin valmistusprosessissa on malmien louhinnan jälkeen vuorossa kuparirikasteen sulatus, jonka seurauksena saadaan kuparikiveä. Konvertoinnin jälkeen saadaan raakaku-paria, jonka jälkeen on jäljellä vielä anodiuunin ja elektrolyysin avulla tehtävä käsittely.

Kuparia voidaan myös kierrättää poistamalla käytetystä kuparista elektrolyysin avulla epäpuhtaudet. Tämä on taloudellisempi ja vähemmän energiaa vaativa prosessi kuin ku-parin valmistus malmeista. (Vatanen 1998) Paksuudeltaan 1 mm kuparilevy painaa 8,9 kg/m² (Teräselementti 2008) ja yhden paksuudeltaan 0,6 mm kuparilevyn valmistamiseen kuluu energiaa noin 0,17 GJ/m². (kupfer-institut.de) Energiaa kuluu täten noin 8 800 kWh/t.

Teräs

Teräksen tarkoitus kaapeleissa on usein varmistaa johdinrakenteen mekaaninen kestä-vyys. Teräs on rautaa, joka sisältää hieman hiiltä ja muita seosaineita. Sitä saadaan val-mistettua rautamalmista, jota on runsaasti saatavilla. Teräksen valmistuksen päävaihe on konvertointi, jossa epäpuhtauksien ja erityisesti hiilen määrä säädetään halutulle tasolle.

Myös terästä kierrätetään ja se on hyvin kustannustehokasta, koska teräs voidaan erottaa esimerkiksi muusta romusta magneettisesti. Suuri osa maailmassa valmistettavasta teräk-sestä palaa kierrätyksen kautta uusiokäyttöön. (Vatanen 1998) Teräksen tuottamiseen kuluu energiaa noin 9 000 – 10 000 kWh/t.(lahtisbp.fi)

Muovit

Muoveja käytetään sähkönjakeluverkon komponenteista erityisesti kaapeleissa, joissa eristykset tehdään usein polyeteenistä (PE) ja vaippa polyvinyylikloridista (PVC). Muo-via valmistetaan kemiallista prosessia käyttäen, mutta muovien talteenotto ja uusiokäyttö

on jatkuvasti lisääntynyt. (Vatanen 1998) Esimerkiksi polyeteenin valmistus kuluttaa noin 8 200 kWh/t ja polystyreenin noin 18 900 kWh/t.(lahtisbp.fi)

3.3 Sähkönjakeluverkon komponenttien elinkaari

Sähkönjakeluverkon komponenttien elinkaarien merkittävimmät vaiheet riippuvat hyvin paljon siitä, mitä komponenttia tarkastellaan. Kun tarkastellaan esimerkiksi komponentin kuluttamaa energiamäärää, painottuu osalle komponenteista valmistus kun taas toisille komponentin käyttö.

3.3.1 Valmistus

Sähkönjakeluverkon tuotteiden valmistukseen kuluu merkittävästi energiaa. Valmistus on myös merkittävä tekijä joidenkin komponenttien, kuten sähköaseman kojeistojen, elin-kaaren kokonaisenergiankulutuksesta, koska näiden komponenttien käytön aikana ei kulu merkittävästi energiaa häviöinä.

Valmistuksessa aiheutuviin CO2-päästöihin päästään kiinni tarkastelemalla valmistuksessa kuluvaa energiamäärää ja edelleen sitä, miten energia on tuotettu. Usein voidaan olettaa, että energia on sähköenergiaa, joka on otettu valtakunnallisesta verkosta. Näin ollen voi-daan laskea sähköntuotannossa käytettävistä fossiilisista polttoaineista aiheutuvat CO2 -päästöt valmistuksessa käytettävälle energiamäärälle.

Tässä työssä valmistuksen energiankulutuksessa ei ole huomioitu käytettävien raaka-aineiden valmistuksen ja logistiikan energiankulutusta. Raaka-aineteollisuus on tyypilli-sesti hyvin energiaintensiivistä ja sen energiankulutus tulisi huomioida osana komponen-tin valmistusta. Tältä osin valmistusvaiheen analyysin tarkentaminen edellyttäisi kuitenkin kunkin komponentin koko raaka-aine ketjun tuntemusta. Esimerkiksi metallien kohdalla tämä tarkoittaa ketjua malmin louhinnasta kaivokselta lähtien kaikkine välikuljetuksineen ja jalostusvaiheineen aina komponenttivalmistajalle asti. Koska tämän vaiheen riittävän yksityiskohtaisten tietojen hankinta jäisi tämän työn laajuudessa osittain arvailujen va-raan, on ketjun tarkastelu päätetty jättää pois. Edellä esitettyjen materiaalien valmistuk-seen käytettävien energiamäärien perusteella saa kuitenkin käsityksen materiaalin valmis-tukseen kuluvan energian suuruusluokasta.

3.3.2 Logistiikka

Kaikki sähkönjakeluverkon komponentit on kuljetettava käyttöpaikalleen. Myös valmis-tuksessa käytettävät raaka-aineet kuljetetaan tehtaalle, joissa niistä valmistetaan valmiita tuotteita. Komponentit vaativat mahdollisesti myös huoltotoimenpiteitä, joita ei voida suorittaa niiden käyttöpaikoillaan, joten komponentit on kuljetettava huoltoon ja edelleen takaisin paikoilleen. Viimeinen kuljetus on komponentin kuljetus hävitettäväksi tai kierrä-tettäväksi. Kuljetustarve on hyvin erilainen eri komponenteille johtuen esimerkiksi kom-ponentin koosta, painosta ja laadusta. Esimerkiksi sähköaseman päämuuntaja painaa pal-jon ja se todennäköisesti huolletaan elinkaarensa jossain vaiheessa perusteellisesti käyttö-paikkansa ulkopuolella. Vastaavasti maahan aurattua kaapelia ei koskaan nosteta paikal-taan huoltoa varten muualle korjattavaksi.

Valmiiden komponenttien kuljetuksissa käytetään pääasiassa kuorma-autoja ja ajoneu-voyhdistelmiä, joiden energiankulutus on yleisesti tiedettävissä. Raaka-aineita puolestaan kuljetetaan paljon laivoilla ja rautateitse. Kun tiedetään kuljetettavien komponenttien pai-not sekä kuljetettava matka, voidaan arvioida komponentin osuutta kuljetuksessa aiheu-tuviin energiahäviöihin sekä CO2-päästöihin.

3.3.3 Asennus ja käyttöönotto

Jokainen sähkönjakeluverkon komponentti joudutaan asentamaan ja ottamaan käyttöön.

Tähän prosessiin tarvitaan usein energiaa kuluttavaa kalustoa kuten autonostureita, kai-vureita sekä muita moottoriajoneuvoja. Asennuksessa ja käyttöönotossa käytettävä ener-giamäärä riippuu jälleen merkittävästi siitä, mikä komponentti on kyseessä. Esimerkiksi suurikokoisen sähköaseman päämuuntajan asennukseen kuluu enemmän energiaa kuin jakelumuuntajan asennukseen. Toisaalta koko elinkaaren energiankulutusta tarkasteltaes-sa on esimerkiksi sähköaseman kojeistojen asennukseen kuluvan energian prosentuaali-nen osuus koko sen elinkaaren energiankulutuksesta huomattavasti suurempi, kuin esi-merkiksi muuntajan. Tämä johtuu siitä, että muuntajilla on käytönaikaisia energiahäviöi-tä, mutta kojeistoilla ne ovat hyvin pienet.

Johtimien asentaminen maahan vaatii tavallisesti enemmän energiaa kuin ilmajohdon asentaminen. Näihin päästään kiinni tarkastelemalla työkoneiden ja ajoneuvojen käyttöä ja kulutusta.

3.3.4 Käyttö

Komponenttien käytön energiatehokkuus ja siitä aiheutuvat häviöt on arvioitava tarkasti, koska komponenttien pitoajat ovat usein kymmeniä vuosia ja komponenttien läpi kulkee suuria määriä sähköenergiaa. Käyttö on elinkaarianalyysin tärkein vaihe erityisesti muun-tajille sekä sähkön siirtoon ja jakeluun käytettäville kaapeleille ja avojohdoille. Näissä komponenteissa syntyvien häviöiden määrä riippuu läpi siirrettävän energian ohella mer-kittävästi komponentin ominaisuuksista. Vastaavasti osalle komponenteista, kuten säh-köaseman kojeistoille, käytössä ei aiheudu merkittävästi energiahäviöitä. Käytössä aiheu-tuviin CO2-päästöihin päästään kiinni tarkastelemalla Suomessa sähköntuotannossa käy-tettäviä energianlähteitä ja sitä, kuinka suuri osa näistä on uusiutumattomia energialähtei-tä.

3.3.5 Huolto ja kunnossapito

Sähkönjakeluverkon komponentit vaativat myös huoltoa ja kunnossapitoa, johon tarvi-taan energiaa kuluttavaa kalustoa. Kunnossapitoon laskettavia tarkastustoimenpiteitä vaativat erityisesti muuntajat ja avojohtorakenteet. Vähemmän kunnossapitoa vaativat kaapelit ja riippukierrejohdot. Avojohdoille tehtävät kunnossapitotoimenpiteet tarkoitta-vat tavallisesti johtokatujen raivaamista ja kaapeleiden tapauksessa esimerkiksi kaapelin eristeen ominaisuuksien mittaamista.

Jakeluverkossa tapahtuvat jakelukatkokset johtuvat usein vioittuneesta johtimesta, joka joudutaan korjaamaan. Vika johtuu usein esimerkiksi avojohtimen päälle kaatuneesta puusta tai poikki kaivetusta kaapelista. Useasti viankorjaus lasketaan osaksi rakenteen huoltoa. Tässä työssä viankorjausta käsitellään komponenttikohtaisesti eriytettynä kun-nossapidosta, koska nämä toimenpiteet on tapana eriyttää myös jakeluverkkojen kustan-nusanalyyseissä. Tämä mahdollistaa tarvittaessa sijoituspaikkakohtaisten lähtötietojen käyttämisen vikatarkasteluissa, sillä vikamäärät ja siten viankorjauksen tarve voivat vaih-della huomattavasti sijoituspaikan mukaan.

3.3.6 Käytöstä poistaminen

Loppusijoitus ja komponentin hävitys eivät tavallisesti ole merkittävä osa komponentin kokonaisenergiankulutuksesta. Lisäksi komponentteja ja komponenteissa käytettäviä ma-teriaaleja voidaan käyttää uudelleen, joten esimerkiksi kaikki valmistusvaiheessa käytetty energia ei sitoudu enää pelkästään alkuperäiseen tuotteeseen.

4 Sähkönjakeluverkkojen energiataseen määrittäminen

Tässä työssä tarkastellaan sähkönjakeluverkon primäärikomponenttien elinkaaren eri vai-heiden energiankulutusta ja syntyviä CO2-päästöjä. Komponenttien elinkaaria analysoi-daan esimerkkitapausten avulla, jotka luovat kuvan energiankulutuksen suuruusluokasta.

Yleispätevien arvojen saavuttaminen edellyttäisi laajoja tilastollisia tarkasteluja. Energia-määrien ja CO2-päästöjen laskennassa käytetään apuna Suomen sähköntuotantorakennet-ta, joka on esitetty kuvassa 3.

Kuva 3. Suomen sähkönhankinta energialähteittäin vuonna 2007.(energia.fi)

Suomen sähkönhankinnassa käytettävistä energianlähteistä 33,9 % aiheuttaa CO2 -päästöjä. Oletetaan lisäksi, että Suomeen tuodusta sähköenergiasta tuotetaan suhteelli-sesti sama osuus fossiilisia polttoaineita käyttäen, joten Suomen kokonaissähkönhankin-nasta 38,6 % perustuu CO2-päästöjä aiheuttaviin energianlähteisiin. Vuonna 2007 Suo-messa käytettiin 90,3 TWh sähköä. Saman vuonna SuoSuo-messa tuotettiin sähköä noin 77,75 TWh, josta aiheutui 17,6 miljoonaa tonnia hiilidioksidia. Suomeen tuotiin sähkö-energiaa 12,55 TWh (energia.fi), josta voidaan arvioida aiheutuneen noin 2,84 miljoonaa tonnia hiilidioksidipäästöjä edellä mainituin oletuksin. Yhteensä sähkön tuotannosta voi-daan siten arvioida syntyneen 20,44 miljoonaa tonnia hiilidioksidia, eli 226 gCO2/kWh.

Esimerkkilaskelmiin on hankittu lähtötietoja komponenttivalmistajien omista julkaisuista, internet-sivuilta sekä kirjallisuudesta. Alan yrityksiltä on myös kysytty suoraan arvioita eri komponenttien elinkaarien eri vaiheista seuraavasti: (liite 2)

• Komponenttien asennuksesta, käyttöönotosta, korjauksesta, huollosta ja käytöstä poista-misesta on saatu arvioita Kymenlaakson Sähkö Oy:ltä ja Suur-Savon Sähkötyö Oy:ltä (KLS), (SSS)

• Muuntajien valmistukseen kuluvasta energiasta on tietoja saatu Trafotek Oy:ltä (Trafo-tek)

• Johtojen valmistukseen kuluvasta energiasta on tietoja saatu Reka Oy:ltä (Reka) Valmistajien dokumentteja on käytetty seuraavasti:

• Johtojen teknisiä tietoja Prysmian Cables and Systems Oy:n julkaisusta (Prysmian 2009)

• Jakelumuuntajien teknisiä tietoja ABB Oy:n julkaisusta (ABB TTT)

• Kojeistojen teknisiä tietoja ABB Oy:n julkaisusta (ABB Uni)

Osassa esimerkkilaskuista on käytetty seuraavia parametreja, joista osa vaihtelee todelli-suudessa hyvin paljon tilannekohtaisesti. Nämä parametrien arvot ovat eri lähteiden pe-rusteella muodostettuja arvioita, joiden avulla saadaan käsitys energiankulutuksen ja CO2-päästöjen suuruusluokasta komponenttien kussakin elinkaaren vaiheessa.

• Litra dieseliä (bensiiniä) sisältää energiaa 38,6 MJ (hypertextbook.com), (unido.org)

• Palaessaan litra dieseliä tuottaa noin 2,66 ja litra bensiiniä noin 2,35 kilogrammaa CO2 -päästöjä (ake.fi)

• Täysperävaunullisen ajoneuvoyhdistelmän polttoaineen kulutukseksi on arvioitu 50 l/100 km (tekniikkatalous.fi)

• Täysperävaunuyhdistelmän omamassa noin 20 t, täydessä kuormassa 60 t (volvot-rucks.com)

• Ajoneuvoyhdistelmä (täysperävaunu) kuluttaa polttoainetta 50 l/100 km

• Kuorma-auto kuluttaa polttoainetta 40 l/100 km, nosturikäytössä 10 l/h (gigapower.fi)

• Työryhmäauto kuluttaa polttoainetta 17 l/100 km ja pakettiauto 11 l/100km. (Lukemat Suur-Savon Sähkötyö Oy:n autoista)

• Kaivuri kuluttaa 15 l/h (autokanta.com)

• Moottorikelkka kuluttaa 20 l/h (gigapower.fi)

• Saha kuluttaa 1,4 l/h(Ecfo 2002)

Lisäksi esimerkkitilanteissa on oletettu seuraavia asioita:

• Komponenttien pitoaika on 40 a

• Komponenttien kuljetusmatka on keskimäärin 100 km

• Komponenttien asentamisen, käyttöönoton, huollon, kunnossapidon ja poistamisen takia kuljettava matka on keskimäärin 40 km

• Johtimet ovat esimerkkitilanteissa 1 km pituisia

• Keskijänniteverkon komponenttien kuormitusvirtana on käytetty 100 A ja pienjännitever-kon kuormitusvirtana 22 A (Väissi 2006, Vatanen 1998)

• Muuntajia ja sähköaseman kojeistoja on tarkasteltu yksittäin

4.1 Sähköasema

Sähkönjakeluverkko alkaa 110 kV/20 kV sähköasemalta. Sähköaseman tärkeimmät komponentit ovat päämuuntaja sekä kojeistot. Selvitetään näiden komponenttien elinkaa-ren aikana kuluttama energia sekä aiheutuvat CO2-päästöt.

4.1.1 Sähköaseman päämuuntaja Valmistus

Muuntajia valmistavan Trafotek Oy:n tehtaan sähkönkulutuksen avulla voidaan arvioida muuntajien valmistamiseen kuluvaa energiaa. Yritys valmisti vuonna 2008 noin 100 000 kuivamuuntajaa ja valmistukseen kului sähköenergiaa 2 300 000 kWh. Näin ollen yhdelle muuntajalle kohdistuu valmistusvaiheen energiankulutuksesta noin 23 kWh. Valmistettu-jen muuntajien keskiteho oli noin 10 kVA, joten energiaa kului noin 2,3 kWh/kVA. Lu-keman perusteella esimerkiksi 25 MVA muuntajan valmistusvaiheen energiankulutuksek-si voidaan arvioida 57 500 kWh ja CO2-päästöiksi noin 13 000 kg.

Kuljetus

Päämuuntaja kuljetetaan yleensä lavetin avulla suoraan sen käyttöpaikalleen tai välivaras-toon. Oletetaan, että 25 MVA muuntaja kuljetetaan suoraan käyttöpaikalleen 100 km päähän tehtaalta. Polttoainetta kuluu noin 40 l, joten energiaa kuluu muuntajan kuljetta-misessa noin 430 kWh ja CO2-päästöjä aiheutuu 106 kg.

Käyttöönotto

• Tarvitaan: kuorma-auto nosturilla, työryhmäauto, pakettiauto, 2 asentajaa, asennusväli-neet ja tarvikkeet

• Kesto: muuntajan koosta riippuen useita tunteja (12-24 h)

Suunnittelijat käyvät pakettiautolla sähköasemalla ennen muuntajan asentamisajankohtaa, joten kilometrejä kertyy 40 ja polttoainetta kuluu 4,4 l. Energiaa kuluu noin 47 kWh ja CO2-päästöjä aiheutuu 12 kg. Asentajat tulevat asennuspaikalle työryhmäautolla, jolla ajetaan kolmen päivän aikana keskimäärin 120 km. Näin ollen dieseliä kuluu yhteensä 20,4 l. Energiaa kuluu noin 219 kWh ja CO2-päästöjä aiheutuu 54 kg. Nosturilla varus-tettu kuorma-auto ajaa työpäivän aikana 40 km ja on 6 h nosturikäytössä, joten polttoai-netta kuluu tällöin 76 l. Energiaa kuluu 815 kWh ja CO2-päästöjä aiheutuu 202 kg.

Li-säksi energiaa kuluttavat asennuksessa tarvittavat laitteet, mutta näiden osuus on suhteel-lisen pieni. Yhden päämuuntajan asennukseen kuluu yhteensä noin 1 080 kWh energiaa ja CO2-päästöjä aiheutuu 270 kg.

Käytössä aiheutuvat häviöt

Muuntajien käytössä syntyy tyhjäkäyntihäviöitä ja kuormitushäviöitä. Tyhjäkäyntihäviöi-den suuruus riippuu muuntajan koosta ja sen ominaisuuksista. Tyhjäkäyntihäviöt ovat koko ajan samansuuruiset eivätkä ne riipu muuntajan läpi siirrettävästä tehosta. Kuormi-tushäviöt sen sijaan riippuvat muuntajan kuormituksesta eli siitä, kuinka paljon tehoa muuntajan läpi siirretään. Muuntajan vuotuinen tyhjäkäynnissä kuluttama energia voidaan laskea yhtälöllä (4.1) (Partanen 2008):

0 8760

missä P0 on nimellinen tyhjäkäyntihäviöteho, U jännite ja Un nimellisjännite. Muuntajan kuormitushäviöihin kuluva energia voidaan laskea yhtälöllä (4.2) (Partanen 2008):

h

missä S kuormitusteho, Sn nimellisteho ja Pkn nimellinen kuormitushäviöteho. Häviöiden huipunkäyttöaika tk voidaan laskea yhtälöllä (4.3) (Partanen 2008):

83 8760

Kun käytetään kuormituksen huipunkäyttöaikana 4400 h (Vatanen 1998), saadaan hävi-öiden huipunkäyttöajaksi 2 582 h. Muuntajan vuosittaiset kokonaisenergiahäviöt saadaan laskettua yhtälöllä (4.4):

hk h

h E E

E = ₀ + (4.4)

Taulukossa 1 on esitetty häviölaskennan tulokset 25 MVA 110/20 kV päämuuntajalle, jonka huippukuorman on ajateltu olevan 60 % nimellisestä ja ensiöjännitteen nimellisar-vossa. Energiahäviöiden kattamiseksi vaaditaan lisäsähköä, jonka tuottamisessa ja siirtä-misessä aiheutuu uusia teho- ja energiahäviöitä sekä CO2-päästöjä. Lisäksi verkkoyhtiö joutuu itse ostamaan häviöenergian sähkömarkkinoilta.

Taulukko 1. Muuntajan vuotuiset häviöenergiat sekä laskemisessa käytetyt parametrit (ABB TTT).

Muuntajan pitoajan ollessa 40 vuotta, kuluu energiaa käytön aikaisiin häviöihin yhteensä 9 150 MWh ja CO2-päästöjä aiheutuu 2 080 t, jos muuntajan kuormitus pysyy koko ajan samana ja sähkön tuotantorakenne ei muutu. Toisaalta jos muuntajan kuorma kasvaisi 40 a pitoaikana noin r = 0,5 %/a voidaan syntyvän geometrisen sarjan summaan perustuen määrittää oletusta vastaava häviöenergia pitoajalta yhtälön (4.5) mukaan.

( )

Yhtälön (4.5) mukaan tyhjäkäynti häviöihin kuluisi em. oletuksin pitoaikana noin 5 431 MWh ja kuormitushäviöihin 4 592 MWh, eli yhteensä häviöihin menisi 10 023 MWh energiaa. Myöskään sähköntuotannon CO2 päästöjen ei voida olettaa pysy-vän vakioina koko pitoaikaa. Kun huomioidaan samanlaisena koko pitoajan ylitse tapah-tuva CO2-päästöjen vuosittainen vähentyminen c, voidaan päästöille kirjoittaa yhtälö (4.6)

missä co2 on sähköntuotannon ominaispäästöt tarkastelun ensimmäisenä vuonna (226 gCO2/kWh). CO2-päätöt riippuvat lineaarisesti kulutetusta energiasta. Jos sähkön-tuotannon CO2-päästöt vähenevät c = 5 %/a koko 40 a ajan kuormituksen samalla kas-vaessa 5 %/a, saadaan kuormitushäviöiden aiheuttamiksi päästöiksi 403 t ja tyhjäkäynti-häviöiden aiheuttamiksi päästöiksi 508 t, eli yhteensä päästöjä syntyisi 911 t.

Kunnossapito

Muuntajille tehdään erilaisia tarkastuksia ja huoltotoimenpiteitä kuten öljyanalyysejä vuo-sittain. Lisäksi muuntajalle tulisi tehdä kokonaisvaltainen kuntokartoitus kerran sen elin-kaaren aikana.(abb.fi) Oletetaan, että tarkastukset ja huoltotoimenpiteet tehdään kerran vuodessa. Muuntajan luo kuljetaan pakettiautolla, jolla ajetaan 40 km. Polttoainetta ku-luu yhteensä 4,4 l. Energiaa kuku-luu noin 47 kWh ja CO2-päästöjä aiheutuu 12 kg.

Viankorjaus

• Tarvitaan: kuorma-auto nosturilla, kuorma-auto + lavetti, työryhmäauto, asennus-välineet ja tarvikkeet kun muuntaja joudutaan viemään pois käyttöpaikaltaan

• Kesto: Muuntajan irrotus paikaltaan 6-12 h, korjaus kestää vian laadusta riippuen useita viikkoja huoltohallissa

Asentajat tulevat paikalle työryhmäautolla, jolla ajetaan päivän aikana 40 km. Näin ollen dieseliä kuluu yhteensä 6,8 l. Energiaa kuluu noin 73 kWh ja CO2-päästöjä aiheutuu 18 kg. Tyypillisesti muuntajaa ei voida korjata paikan päällä, tarvitaan nosturilla varustet-tu kuorma-auto, joka ajaa työpäivän aikana 40 km ja on 4 h nosvarustet-turikäytössä. Polttoainet-ta kuluu 56 l. Energiaa kuluu tällöin 600 kWh ja CO2-päästöjä aiheutuu 149 kg. Lavetilla varustettu kuorma-auto ajaa päivän aikana yhteensä 40 km ja polttoainetta kuluu noin 20 l. Energiaa kuluu noin 214 kWh ja CO2-päästöjä aiheutuu 53 kg. Kun muuntaja on kor-jattu, tuodaan se takaisin käyttöpaikalleen tai se korvataan vaihtokoneella irrotusvaihees-sa. Tähän kuluu suunnilleen saman verran energiaa kuin muuntajan irrotukseen. Energiaa kuluu yhteensä noin 1 775 kWh ja CO2-päästöjä aiheutuu 441 kg. Keskeytystilastoinnin mukaan sähköasemilla on tapahtuneiden vikojen määrä keskimärin on 0,43 kpl/a eli 4,3 vikaa 10 vuodessa (Energiateol. 2007). Päämuuntaja on kuitenkin hyvin käyttövarma komponentti, joten suurin osa vioista voidaan ajatella tapahtuvan muissa komponenteis-sa. Luonnonilmiöiden osuus sähköaseman vioista on tilastoinnin mukaan 0,09 vikaa/a (Energiateol. 2007). Jos oletetaan tämän osuuden kohdistuvan pääosin päämuuntajille vikaantuisi päämuuntaja likimain kerran kymmenessä vuodessa. Tällä oletuksella kuluu muuntajien vian korjaukseen energiaa noin 160 kWh/a ja CO2-päästöjä aiheutuu noin 40 kg/a. Todellisuudessa myös osa luonnonilmiöiden aiheuttamista vioista kohdistuu muille sähköaseman komponenteille.

Käytöstä poistaminen

• Tarvitaan: kuorma-auto nosturilla, kuorma-auto + lavetti, työryhmäauto, 2 asentajaa, asennusvälineet ja tarvikkeet

• Kesto: 8-16 h

Asentajat tulevat paikalle työryhmäautolla, jolla ajetaan kahden päivän aikana 80 km.

Näin ollen dieseliä kuluu yhteensä 13,6 l. Energiaa kuluu noin 146 kWh ja CO2-päästöjä aiheutuu 36 kg. Nosturilla varustettu kuorma-auto ajaa yhden päivän aikana yhteensä 40 km ja on nosturikäytössä 6 h. Polttoaineen kulutus on yhteensä noin 76 l dieseliä.

Energiaa kuluu noin 815 kWh ja CO2-päästöjä aiheutuu 202 kg. Lavetilla varustettu

kuorma-auto ajaa päivän aikana yhteensä 40 km. Tähän kuluu polttoainetta noin 20 l.

Energiaa kuluu noin 214 kWh ja CO2-päästöjä aiheutuu 53 kg. Energiaa kuluu yhteensä 1 180 kWh ja CO2-päästöjä aiheutuu 290 kg.

4.1.2 Sähköaseman kojeiston kenno Valmistus

Sähköaseman kojeiston kennon valmistusvaiheessa kuluu energiaa noin 130 kWh, kun kojeiston paino on noin 130 kg. (ABB Uni) Kun oletetaan, että energia on sähköenergi-aa, aiheutuu tämän 130 kWh energian tuottamisesta yhteensä noin 30 kg CO2-päästöjä.

Kuljetus

Oletetaan, että kojeistot kuljetetaan tehtaalta verkkoyhtiölle osana ajoneuvoyhdistelmän kuormaa. Kun kojeiston paino on noin 130 kg, sen osuus kuormasta on 0,35 %. Energi-aa kuluu yhteensä 536 kWh, mistä kojeiston osuus on 0,35 % eli 1,8 kWh. CO2-päästöjä yhteensä noin 0,5 kg.

Käyttöönotto

• Tarvitaan: kuorma-auto nosturilla, työryhmäauto, pakettiauto, asentajat, asennusvälineet ja tarvikkeet

• Kesto: 8 h/kenno

Suunnittelijat käyvät pakettiautolla sähköasemalla ennen kojeiston asentamisajankohtaa, joten kilometrejä kertyy 40 ja polttoainetta kuluu 4,4 l. Energiaa kuluu noin 47 kWh ja CO2-päästöjä aiheutuu 12 kg. Asentajat tulevat asennuspaikalle työryhmäautolla, jonka kulutus on 17 l/100km. Autolla ajetaan päivän aikana 40 km ja dieseliä kuluu yhteensä 6,8 l. Energiaa kuluu noin 73 kWh ja CO2-päästöjä aiheutuu 18 kg. Nosturilla varustettu kuorma-auto ajaa päivän aikana yhteensä 40 km ja on nosturikäytössä 3 h. Kulutus on

Suunnittelijat käyvät pakettiautolla sähköasemalla ennen kojeiston asentamisajankohtaa, joten kilometrejä kertyy 40 ja polttoainetta kuluu 4,4 l. Energiaa kuluu noin 47 kWh ja CO2-päästöjä aiheutuu 12 kg. Asentajat tulevat asennuspaikalle työryhmäautolla, jonka kulutus on 17 l/100km. Autolla ajetaan päivän aikana 40 km ja dieseliä kuluu yhteensä 6,8 l. Energiaa kuluu noin 73 kWh ja CO2-päästöjä aiheutuu 18 kg. Nosturilla varustettu kuorma-auto ajaa päivän aikana yhteensä 40 km ja on nosturikäytössä 3 h. Kulutus on

In document Sähkönjakeluverkon primäärikomponenttien elinkaarianalyysi (sivua 13-0)